第三章容器設(shè)計第一節(jié)

化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)容器設(shè)計第一節(jié)概述一、容器的結(jié)構(gòu)1、液面計2、接管3、人孔4、封頭5、筒體6、支座第7、液面計二、容器分類1、形狀分類（方形、球形、圓筒形）2、承壓性質(zhì)分類（內(nèi)壓、外壓）3、壁溫分類（低溫－20度以下、常溫（—20——200）度、中溫（200—420）度、高溫420度以上）內(nèi)壓容器又分：低壓容器P（0.1—1.6）MPa，中壓容器P（1.6—10）MPa

；高壓容器P（10—100）MPa

，超高壓容器P100MPa以上二、容器分類4、制造材料分類（金屬、非金屬）5、應(yīng)用情況分類（反應(yīng)R、換熱E、分離S、儲存C）6、管理分類（一類容器、二類容器、三類容器）一般用低碳鋼和普通低合金鋼，腐蝕嚴(yán)重或產(chǎn)品要求純度高的場合，用不銹鋼；深冷場合用銅合金。非金屬材料作襯里。一類容器：非易燃或無毒介質(zhì)的低壓容器、易燃或有毒介質(zhì)的低壓分離器和換熱器。二類容器：非易燃或無毒介質(zhì)的中壓容器、劇毒介質(zhì)的低壓、易燃或有毒介質(zhì)的低壓反應(yīng)容器和儲運容器。三類容器：高壓或超高壓容器、劇毒介質(zhì)的低壓和中壓容器、易燃或有毒介質(zhì)的中壓反應(yīng)容器和儲運容器。三、容器零部件標(biāo)準(zhǔn)化3.1公稱直徑（標(biāo)準(zhǔn)化后的標(biāo)準(zhǔn)直徑，用DN表示，單位mm）壓力容器的公稱直徑：用鋼板卷制而成的筒體，公稱直徑指的內(nèi)徑；小容器筒體用無縫鋼管制作，公稱直徑指外徑。封頭的公稱直徑與筒體一致。管子的公稱直徑：有縫鋼管其公稱直徑是一個名義尺寸，每一個公稱直徑對應(yīng)一個外徑，其內(nèi)徑隨壁厚不同不同。對無縫鋼管，不用公稱直徑標(biāo)記，以外徑乘以壁厚，即公稱外徑與公稱壁厚。零部件的公稱直徑：指的是與它相配的筒體、封頭的公稱直徑。三、容器零部件標(biāo)準(zhǔn)化3.2公稱壓力（用PN表示，單位MPa）容器及管道的操作壓力經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化以后的標(biāo)準(zhǔn)壓力稱為公稱壓力工作壓力不同，相同公稱直徑的壓力容器筒體及其零部件的尺寸不同，把壓力范圍分為幾個標(biāo)準(zhǔn)壓力等級。設(shè)計計算時，必須將操作溫度下的最高操作壓力調(diào)整為所規(guī)定的某一公稱壓力等級，然后，根據(jù)DN和PN選定該零部件的尺寸。第二節(jié)內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計一、薄壁容器設(shè)計的理論基礎(chǔ)1.薄壁容器容器外經(jīng)與容器內(nèi)經(jīng)的比值K，K＞1.2為厚壁容器，K≤1.2為薄壁容器2.圓筒形薄壁容器承受內(nèi)壓時的應(yīng)力筒體壁內(nèi)產(chǎn)生環(huán)相拉應(yīng)力和縱向拉應(yīng)力，而不產(chǎn)生彎曲應(yīng)力在縱向上，作用在兩端封頭的內(nèi)壓產(chǎn)生的兩個合力使筒體發(fā)生拉伸變形，在垂直于筒體軸線的橫截面內(nèi)存在均勻分布的拉應(yīng)力，稱為軸向應(yīng)力，用表示。第二節(jié)內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計第二節(jié)內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計在橫的方向（筒體的徑向），將發(fā)生直徑增大的變形，在筒體器壁的縱向截面內(nèi)存在均勻分布的拉應(yīng)力，并稱為環(huán)向應(yīng)力，用表示。第二節(jié)內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計3.圓筒的應(yīng)力計算3.1軸向應(yīng)力——內(nèi)壓，——軸向應(yīng)力，——壁厚，——筒體的平均直徑，中徑第二節(jié)內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計3.圓筒的應(yīng)力計算3.2環(huán)向應(yīng)力——內(nèi)壓，——環(huán)向應(yīng)力，——壁厚，——筒體的平均直徑，中徑第二節(jié)內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計二、回轉(zhuǎn)薄壁殼體的應(yīng)力分析2.1旋轉(zhuǎn)殼體任意直線或平面曲線繞其同平面內(nèi)的軸線旋轉(zhuǎn)一周而成的旋轉(zhuǎn)曲面。2.2軸對稱：指殼體的幾何形狀對稱于某一軸。第二節(jié)內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計2.3旋轉(zhuǎn)殼體的幾何概念A(yù)、母線，B、經(jīng)線，C、旋轉(zhuǎn)角，D、法線，E：第一曲率半徑，B點在經(jīng)線上的曲率半徑R1F:第二曲率半徑，通過B點的法線作垂直于經(jīng)線的平面與曲面相割形成點的曲線，曲線在B點的曲率半徑R2第二節(jié)內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計2.4薄膜理論微體平衡方程

軸向應(yīng)力環(huán)向應(yīng)力第一曲率半徑第二曲率半徑內(nèi)壓壁厚2.5任意殼體的區(qū)域平衡方程三、微體平衡方程與區(qū)域平衡方程的應(yīng)用3.1圓筒形殼體應(yīng)力3.2球形殼體應(yīng)力3.3圓錐形殼體應(yīng)力三、微體平衡方程與區(qū)域平衡方程的應(yīng)用3.3橢圓形殼體應(yīng)力三、微體平衡方程與區(qū)域平衡方程的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)（）橢圓形殼體應(yīng)力分布特點在頂點處：在邊緣處：3.4液體靜壓圓筒形殼體應(yīng)力四、筒體強度計算筒體的環(huán)向應(yīng)力小于材料的許用應(yīng)力，同時考慮到焊接系數(shù)四、筒體強度計算容器內(nèi)徑容器計算壁厚容器設(shè)計壁厚最大許可承壓五、設(shè)計參數(shù)5.1設(shè)計壓力：在設(shè)計溫度下用以確定殼壁厚度的壓力，其值高于最大工作壓力。5.2設(shè)計溫度：在容器正常工作過程中，設(shè)備器壁可能達到的最高或最低的溫度。5.3許用應(yīng)力：以材料的各項強度數(shù)據(jù)為依據(jù)，合理選擇安全系數(shù)n得出的。并取最低值。5.4焊接接頭系數(shù)：是考慮到焊接對強度的減弱，而用以降低設(shè)計許用應(yīng)力的一種系數(shù)。5.5壁厚附加量：在滿足強度要求而計算出的壁厚之外，考慮其它因素而額外增加的壁厚量，包括鋼板負(fù)偏差和腐蝕裕量六、最小壁厚殼體加工成型后的最小壁厚按下列條件確定：1.碳素鋼和低合金鋼制容器不小于3個毫米2.高合金鋼制容器不小于2毫米七、壓力試驗用壓力試驗檢測加工后的設(shè)備在規(guī)定的工作壓力下是否發(fā)生過大變形或滲漏現(xiàn)象。液壓試驗：氣壓試驗：八、邊緣應(yīng)力容器的某些部位如：殼體與封頭的連接處；不等厚度的筒體連接；筒體與附件的連接處；不同材料的連接等，因受外界因素的變化而引起兩部分變形量不同，但又相互約束，而產(chǎn)生較大的剪力和彎矩。這種附加局部應(yīng)力稱為邊緣應(yīng)力。具有兩個基本特性：1.局限性：隨著離開邊緣的距離增大，邊緣應(yīng)力迅速衰減。2.自限性：邊緣應(yīng)力是兩連接件彈性變形不一致，相互制約而產(chǎn)生的，一旦材料產(chǎn)生了塑性變形，彈性變形的約束就會緩解，邊緣應(yīng)力自動受到限制，這就是邊緣應(yīng)力的自限性。1、

一個低合金鋼內(nèi)壓反應(yīng)釜，內(nèi)徑，工作壓力（裝有安全閥），工作溫度，釜體采用單面手工電弧焊（有墊板），全部無損探傷，內(nèi)部介質(zhì)有輕微腐蝕性，試設(shè)計反應(yīng)釜筒體壁厚，并校核水壓試驗強度。（）

表鋼板負(fù)偏差Cl（mm）

鋼板厚度6～78～2526～3032～3436～4042～